羥丙基甲基纖維素的生產(chǎn)工藝及應用

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產(chǎn)品概況纖維素醚是一類重要的水溶性高分子化合物以天然纖維素(纖維,括棉短絨或木槳粕經(jīng)過堿化醚化反應而生成的一系列產(chǎn)品的總稱纖維素醚分為離子型和非離子型兩類產(chǎn)品子型產(chǎn)品主要是羧甲基纖維素(CMC),非離子型產(chǎn)品包括甲基纖維(MC)、羥丙基甲基纖維素(HPMC)、乙基纖維素(EC)、羥乙基纖維素(HEC)、丙基纖維素(HPC)等。HPMC屬水溶性非離子型纖維素醚甲基纖維素(MC)中部甲氧基被羥丙氧基置換時得到的產(chǎn)物。HPMC為白色粉末,,無,毒,人體內(nèi)完全無變化而排出體外。該品易溶于水但不溶于熱水。水溶液為無色透明粘稠物。HPMC具有優(yōu)良的增稠、乳化、成膜、分散、保護膠體、保持水分、粘合、耐酸堿,酶等性能,泛用于建筑、涂料、醫(yī)藥、食品、紡織、油田、化妝品、洗滌劑、陶瓷、油墨及化學聚合反應過程中。1

生產(chǎn)工藝HPMC制造主要由棉絨堿處理、羥丙基化、甲基化等三個反應來完成的。在近幾年出現(xiàn)的各種技術方只僅僅集中在完善和改進各個單元操作方面。一般都用棉絨為原料，用氫氧化鈉水溶液進行堿性處理，得到纖維素鈉鹽，在進行羥丙基化和甲基化操作。最近常用的羥丙基化試劑是氧化丙烯，而70年代也有用丙醇作羥丙基化試劑的報道。甲基化試劑一般都采用氯甲烷，在早期也有用溴甲烷、硫酸二甲酯的報道。評價：HPMC性的指標是甲基取代度，醚化效率，聚合度，粘度等。各種新工藝方法的出現(xiàn)，均是圍繞著改進某些工藝路線，提高某些指標水平而進行的。纖維素醚類生產(chǎn)工藝有其共性精制棉或木漿經(jīng)液體燒堿浸漬,榨除去多余的堿液到堿纖維素,加入溶劑,化劑,一定溫度、壓力下進行醚化反應應終點以所需醚化度為準后經(jīng)中和洗滌、干燥,碎等得成品。HPMC的產(chǎn)采用氯甲烷和環(huán)氧丙烷作為醚化劑,其化學反應方程是Rcell-OH+NaOH+CH3Cl+CH2OCHCH3→Rcell-O-CH2OHCHCH3+NaCl+H2O醚化工藝大體上可分為兩大類一類是一步醚化法即使羥丙基化反應和甲基化反應同時進行這是早期采用的方法仍然是現(xiàn)在制備的要方法。另一類是分步醚化法即羥丙基化操作和甲基化操作分開進行，這樣得到的產(chǎn)品某些指標較好。1.1一步醚化法實例1粉末狀棉50%氫氧化鈉水溶液在60時混合，在反應器壓力為2.26×10況下，連續(xù)通入環(huán)氧丙烯。在通過組成為52%醚，43%甲烷和5%環(huán)氧丙烷混合氣體。再次加入50%氫氧化鈉溶液，并混合之。繼續(xù)通入氯丙烷，80℃反映1h反應產(chǎn)物羥丙基甲基纖維素的甲基取代度20.2%羥丙基取代度為25.4%不溶物0.05%。反應中，氯甲烷的轉(zhuǎn)化率53.8%環(huán)丙甲烷的轉(zhuǎn)化率為42.6%。實例2：將粉末狀纖維素，50%氫氧化鈉溶液，氧化丙烯和氯甲烷依次加入反應器，在80℃持30min，力維持在2.07MPa.反應產(chǎn)物HPMC,有甲基取代度為27.5%羥丙基取代度為6.5%，粘度14，000Cp(2%溶液)實例3將50%氧化鈉水溶液噴灑在棉絨上并加熱到85加入氧化丙烯氯甲烷繼續(xù)加熱，直到反應完全結(jié)果可得含有甲基取代度為丙基取代度為24.8%羥丙基甲基纖維素反應中，甲基轉(zhuǎn)化率為37.8%氧化丙烯轉(zhuǎn)化率為26.2%1.2分步醚化法實例4：首先使纖維素粉末和氧化丙烯在氮氣流中反映3h,反溫度為30～60℃。然后再用氯甲烷處理5h,應溫度為35～80。得到羥丙基取代度為23.5%羥丙基甲基纖維素實例5：先使堿性纖維素粉末和氧化丙烯在鹵代烴存在時發(fā)生反應，然后再在氫氧化鈉存在下，和氯甲烷反應得到羥丙基甲基纖維素。該反應中，氧化丙烯和氯甲烷的轉(zhuǎn)化率分別是41.0%生產(chǎn)HPMC的關鍵設備是反應器干器造粒機碎機等生的主要原材料是精制棉、氫氧化鈉、氯甲烷、環(huán)氧丙烷等。消耗定額見下表。表3原材料消定額一覽表名稱精制棉氫氧化鈉氯甲烷環(huán)氧丙烷2性質(zhì)

規(guī)格含水≤6%≥50%≥99%≥99%

單耗(噸產(chǎn)品0.93t1.15t0.75t0.25t水溶性：HPMC是水溶性高分子之一，其水溶性和甲氧基的含量有關，當甲氧基含量低時，能溶于強堿、無熱力學膠凝點。隨著甲氧基含量的升高，其對水的溶脹性顯得更為敏感，并能溶于稀堿、弱堿。當甲氧基含量＞38時，則能溶于水，并且還能溶于鹵代烴。如果將高碘酸加入HPMC時則會迅速在水中分散，而不至于產(chǎn)生難溶的結(jié)塊性物質(zhì)。這主要應歸功于高碘酸具有分散糖元上處于鄰位的二羥基之故。毒性：大量的動物喂養(yǎng)實驗表明，毒甚微。按丙基取代度的大小，可分為高取代度（H-HPMC取代度(M-HPMC)低取代度(L-HPMC).經(jīng)這三類HPMC急性毒性試驗表明老鼠口服劑量為0.5、10g/kg，結(jié)果證明，低用量時，無副作用，高用量時和未用HPMC喂的老鼠，增加體重略少一些但其它生理功能正常因此美國聯(lián)邦政府食品醫(yī)藥化妝品局允許將直加入糖果中。經(jīng)粘度測定實驗、經(jīng)典光散射法、超高速離心實驗發(fā)現(xiàn)HPMC的特性和其分子有一水合的隨機基因的結(jié)構(gòu)相符合。降解性：可用含0.00001%～5和0.0001%～5合劑的充氧水溶性介質(zhì)處理，可HPMC發(fā)降解作用。這在環(huán)境保護方面，有重要意義。3

使用按HPMC在民經(jīng)濟和生活的各個領域中的使用情況，分別敘述之。3.1

在醫(yī)藥工中的使用在分散型制劑中的使用。分散型制劑包括注射劑、內(nèi)服劑、外用藥等。為了適應治療的不同要求，通常把藥物做成上述各種不同的劑型，例如：分散型制劑、片劑、顆粒劑、丸劑等。處方例1吡氧噻嗪乙二胺四乙酸鈉鹽5

250份磷酸氫二鈉

500份氫化苯甲酰胺10份氯化鈉HPMC

2300份處方例2含解酸劑的口服劑）含鎂硅酸鹽鋁酸鹽3甘氨酸0.9HPMC0.1蔗糖9.0苯甲酸鈉0.05份食用香料上述配比，加水配成100ml溶液。

若干11處方例3(葵烯醌的藥物，在水中具有很好的分散劑)HPMC:葵烯醌＞0.05：1HPMC還用于VB鹽的顆粒制造中，作為粘合劑加入。崩解劑：在不溶性甾族藥物中，加入以較快地釋放甾族物質(zhì)，增加其生物活性，減少用藥量，保證人體血液中所需的甾族物質(zhì)的濃度，達到治療目的。藥物的包衣：處方例1溴麥角環(huán)肽（多巴胺拮抗劑）甲磺酸溴麥角環(huán)肽5.735乳糖

184份甘油三棕櫚酯

20份HPMC其它在人造血漿、人造唾液、繃帶中均能使用

60份3.2

在建筑行中的使用用作陶瓷瓦的粘合劑HPMC珍珠巖脂肪酰胺和環(huán)狀硫代物2.0粘土

0.3份19.1份95.4份硅石調(diào)料（22μ）420水

450.4份用在無機磚、瓦、石或水泥粘接的水泥中HPMC(分度為1.3)0.3份卡特蘭水泥100二氧化硅砂50份水

50份用在瓷硅（瓦）和混凝土板面粘合水泥的添加劑時：水泥砂HPMC葡萄糖酸鈣0.2水

100份200份0.5份50份還可用作高強度水泥建筑材料添加劑:卡特蘭水泥100石棉

5份聚乙烯醇綹維1硅酸鈣15份粘土0.5水32份HPMC0.8用作墻紙粘合劑將6gHPMC溶500g水中，配成溶液（Ⅰ），然后174gHPMC1，321g甲醇混合配成溶液（Ⅱ），最后將（Ⅰ）和（Ⅱ）混合，即得粘合劑，粘度（20℃為32Pa·S，能在㎡紙上涂上5g固體/㎡。用作電器元件粘合劑HPMC可于粘結(jié)Ni電極柵極，該柵極對于粘合劑涂層有良好的粘合性。羰基鎳MC（甲基纖維素）0.3HPMC水

10份0.3份14份3.3

在涂料工中的使用HPMC可作為掩蔽劑涂在電學裝置上，也可添加在聚醚膜層中，該膜層可增加聚醚織布印花的熱傳遞效率；它還能作為鋼鐵涂料組份，隨后用硅酸鹽處理，可以防止腐蝕；它用于氟樹脂涂料的配方如下：（甲基取代度22%丙基取代度度100cP）6聚乙烯乙二醇二硬酸酯（）12十二烷基磺酸鈉

3份醋酸鈉1份醋酸1份水412份過硫酸銨份乙烯/烯基乙酸400份該方法粘度為4若不用HPMC，為800cP使該涂層有較好的抗流掛能力。

0.5用于PVC的料組份硅膠L-1(15mμ)

1.0份Snowtex-20L(45mμ)1.0份HPMC1.0份水80份乙醇20份該涂料具有較強的粘結(jié)性、透明，具有較好的防霧性能。3.4

在食品工中的使用在食品中使用水溶性高分子，可以賦予其某些功能，改善其性質(zhì)。它在食品中宜作為穩(wěn)定劑、粘合劑、增稠劑、成膜劑。干食品的快速再水化將在加熱下溶于1，000g水中再加入200g脫并粉碎過的洋蔥，5min后可再水化將全部水吸收。用作食品面膜：可防止食品中的水分揮發(fā)，并抵制微生物對食品的侵害，防止食品腐敗變質(zhì)，保持食品的外觀和新鮮。用作食品的粘合劑和穩(wěn)定劑：HPMC加入品，能使食品造型優(yōu)美，防止食品香味的散失，提高食品質(zhì)